Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verstärkungsregelung für symmetrierenden Differenzverstärker


von Toni R. (tonirazz)


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Grüßt euch!
Ich habe mal eine Frage an die Analog- Fraktion zu einem Projekt, das 
ich wirklich praktisch umsetzen möchte:

Das hier (Bild) ist ein symmetrierender Differenzverstärker, der 
masselos abgenommen wird.
Zur Erklärung: Q3 ist als Stromquelle beschalten, die ziemlich konstant 
gute 2.1mA aus dem Differenzverstärker Q1 und Q2 zieht. Dieser 
subtrahiert praktisch Masse von Input. Da sich die beiden Kollektoren C1 
und C2 ja nur durch das Vorzeichen unterscheiden, kann ich das Signal 
zwischen ihnen ohne Massebezug abnehmen. Das trennt die berüchtigte 
Brummschleife auf. Q4 und Q5 sind Impedanzwandler, die für mehr Strom am 
Ausgang sorgen.

Das alles klappt (zumindest in der Simulation) auch wunderbar, ich 
erreiche eine Spannungsverstärkung von ca. 100, kann Lasten bis 500 Ohm 
relativ verzerrungsfrei treiben und bin sehr symmetrisch in der 
Aussteuerung.

Nun zu meinem eigentlichen Problem:
Die Eingangsspannung beträgt nur ein paar 10mVpp, ab 100mVpp geht das 
fröhliche Clippen los. Hat jemand eine Idee, wie ich die Verstärkung 
einigermaßen runter geregelt kriege, damit ich auch mit sagen wir 1.5Vpp 
rein gehen kann? Es wäre super, wenn es nur mit einem Poti ginge. Im 
Prinzip reicht es mir, wenn die Spannungsverstärkung etwas größer als 1 
ist.

Folgendes habe ich schon probiert:
- Erhöhen von R3: setzt die Verstärkung herab,verhindert aber nicht, 
dass Q1 und Q2 bei höheren Inputs übersteuern.
- ein Spannungsteiler von C2 an die Basis von Q2, und von dort nach GND: 
bewirkt einen viel zu starken positiven Offset des Ausgangssignals
- ein Spannungsteiler am Eingang von Q1: Verschiebt das Basispotenzial 
von Q1 nach oben, somit geht die Symmetrie flöten.

Wäre top, wenn ihr helfen könntet!
Ich bin neu hier, also verzeiht mir meine Anfängerfehler im Forum ;p

Grüße Toni

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Ja, das geht mit nur einem Poti. Vorab: Für R3 gibt es einen bestimmten 
Wert, mit dem der optimale Arbeitspunkt eingestellt wird. Also nicht 
verändern (außer er ist jetzt nicht optimal).

Vorgehensweise: Es gibt einen zweiten Q3 und R3. Beide R3 sind doppelt 
so groß wie der bisherige. Beide Basen liegen zusammen, also zwei 
Konstantstromquellen. Ein Kollektor geht an Emitter Q1, der andere an 
Q2. Die beiden Emitter liegen nicht mehr direkt, sondern über ein Poti 
zusammen. Die Verstärkung G ergibt sich für kleinere Verstärkungen 
ungefähr aus G = (R1 + R2) / RPoti. Etwas genauer: (R1 + R2) / (RPoti + 
60 Ohm), dann stimmt es auch für RPoti = 0 bzw. den von dir 
experimentell ermittelten Wert.

Viel Erfolg

DZDZ

von Toni R. (tonirazz)


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Da wäre ich im Leben nicht drauf gekommen! Danke, funktioniert wie 
geschmiert!

von Alexxx (Gast)


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Ja klar, im Simulator ist alles beliebig genau - selbst zwei 
Transistoren sind "Eineiige Zwillinge"
Die Erkenntnis von Theorie und Praxis kommt irgend wann schon noch...

Für diese Aufgabe gibt es fertige Differenzverstärker mit 
Differenzausgang!
z.B. zum Treiben von differenziellen ADCs.
Diese ICs funktionieren auch in echt - und in allen Belangen "Meilen 
weit" besser!
Außerdem gibt es eine Schaltung mit einem Differenzverstärker und einem 
OPA die den differentiellen Ausgang auch kann.
Aber hier will man ja nur seine eigene "Lösung" haben...

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Toni R. schrieb:
> Ich bin neu hier, also verzeiht mir meine Anfängerfehler im Forum ;p

Als "Neuling" lass' dir gesagt sein, dass du noch öfter erleben wirst, 
dass dir hier sowohl geholfen wird, als auch dass deine Fragen (oder 
viele Antworten dazu), egal wie sinnvoll, verrissen werden. Das muss man 
aushalten.

Deine sinnvolle Frage zu Grundlagenwissen mit einem "damit brauchst du 
nicht zu befassen, dass kann man viel besser fertig kaufen (wie kann man 
nur so blöd sein)" ist nun mal eine typische Antwort eines notorischen 
Besserwissers. Dass es stimmt, was er schreibt, rechtfertigt noch lange 
nicht die Kritik, die er dabei äußert.

Auch eine typische Antwort wäre: "Lass' den Quatsch mit den 
Transistoren, nimm einen PIC mit ADC und schreib ein Programm dazu." 
Oder einen Raspi, oder mach' es mit der Soundkarte auf dem PC, oder 
kauf' gleich ein fertiges Gerät...

Hier will ja jeder nur seinen eigenen "Senf" dazu geben...

DZDZ

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Zur Offsetkompensation ist es evtl. hilfreich, R1 und R2 als Trimmer 
auszulegen - Schleifer an V+ und die Enden dann an die Kollektoren von 
Q1 und Q2.

von oldeurope O. (Gast)


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Toni R. schrieb:
> wie ich die Verstärkung
> einigermaßen runter geregelt kriege

Eine Spannungsgegenkopplung zur Basis von Q2.

asc?

Ach ja, probiere mal diese Schaltung hier:
http://ppdriver.blogspot.de/2009/07/differenzverstaerker.html

LG
old.

von Spannungsteiler (Gast)


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Alexxx schrieb:
> Für diese Aufgabe gibt es fertige Differenzverstärker mit
> Differenzausgang!
> z.B. zum Treiben von differenziellen ADCs.
> Diese ICs funktionieren auch in echt - und in allen Belangen "Meilen
> weit" besser!

Hallo,
welche IC`s wären diese?
Mich würde es auch gerne interessieren!

von oldeurope O. (Gast)


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Spannungsteiler schrieb:
> welche IC`s wären diese?
> Mich würde es auch gerne interessieren!

Komisch dass Dir da jetzt keiner drauf antwortet! ;-)

Mach ich es mal:
http://sound.whsites.net/balance.htm

Aber das geht auch mit vier Trioden oder Transistoren.
http://ppdriver.blogspot.de/2009/04/differenzverstarker-mit-katodenfolger.html

Den floatenden Ausgang kann auch ein vollständiges
Katodyn mit nur zwei Röhren oder Transistoren.
http://1mucathodyne.blogspot.de/

LG
old.

von Helmut S. (helmuts)


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Hallo Toni,

Für deine Anwendung gibt es Analogmultiplizierer. Allerdings sind die 
relative teuer und deshalb werden diese in Audioschaltungen nur ganz 
selten eingesetzt. Die mesiten Analogmultiplizierer gibt es von Analog 
Devices.
Mit diskreten Transistoren kann man die nicht bauen da man exakt gleiche 
Transistoren benötigt die auch noch thermisch eng gekoppelt sein müssen 
damit man eine vernünftige Stabilität bekommt.

Google: analog multiplier

: Bearbeitet durch User
von Toni R. (tonirazz)


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> Ja klar, im Simulator ist alles beliebig genau - selbst zwei
> Transistoren sind "Eineiige Zwillinge"
Wozu gibt es  Multimeter mit hfe-Bestimmung?? Natürlich werden die 
beiden Tr. im Differenzverstärker gematched!

> Für diese Aufgabe gibt es fertige Differenzverstärker mit
> Differenzausgang!
Das ist mir zu einfach. ;) Nein, ich will's selber machen!
> Diese ICs funktionieren [...] in allen Belangen "Meilen
> weit" besser!
Meine simulierte Bandbreite bspw. ist jenseits von gut und böse 
(1Hz...1GHz). Das intressiert mich jetzt schon wie das in real ist.
Btw, weiß jemand wie man Fourieranalyse in LTSPice anstellt (falls 
brauchbar)?

> Aber hier will man ja nur seine eigene "Lösung" haben...
einfach aus Spaß und Interesse. Und weil selbst gemacht einfach schöner 
ist!

Und das mit dem Kaufen ist so ne Sache... ne aktive DI Box gibt's nut 
mit 9v Batterie (Mist, weil gerne leer) oder Phantomspeisung (hab ich 
nicht --> nochmal 100€ Netzteil!). Passive senken den Pegel. Das will 
ich nicht. Oder ne DJ-DI mit DAC. 250€(!!). Ich kann das Ding so bauen 
wie ich das will! (geplant ist micro-USB + 12V Spannungswandler, ein USB 
Kabel hat man immer, und Powerbank geht dann auch)

Danke euch für die netten Hinweise!!

von oldeurope O. (Gast)


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Toni R. schrieb:
> Natürlich werden die
> beiden Tr. im Differenzverstärker gematched!

Wird zeit, dass Du die asc postest!

Helmut S. schrieb:
> Mit diskreten Transistoren kann man die nicht bauen da man exakt gleiche
> Transistoren benötigt die auch noch thermisch eng gekoppelt sein müssen
> damit man eine vernünftige Stabilität bekommt.

Helmut, nimm mal die Scheuklappen ab und schau Dir
diese Schaltung an:
http://ppdriver.blogspot.de/2009/07/differenzverstaerker.html
Simulation folgt ...

LG
old.

von Alexxx (Gast)


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@Der Zahn der Zeit >> ...ist nun mal eine typische Antwort eines 
notorischen Besserwissers.
Wenn man jemand helfen möchte/soll, ist es also schlecht es besser zu 
wissen? Auf eine bessere Lösungsmöglichkeit hinzuweisen geht gar nicht?
Tolles Forum!

Nur weil ja extra nachgefragt wurde - Verstärker mit differentiellem 
Ausgang:

http://www.linear.com/parametric/Differential_Output_Amplifiers

http://www.ti.com/lsds/ti_de/amplifiers/op-amps/fully-differential-amplifiers-products.page#

Und tschüss

von oldeurope O. (Gast)


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Toni R. schrieb:
> Natürlich werden die
> beiden Tr. im Differenzverstärker gematched!

https://www.mikrocontroller.net/attachment/317196/symmetrierender_Verstaerker.png

Speziell im Bereich Audio findet man häufig
eine Schaltung bei der Q2 durch eine Brücke
zwischen Emitter und Collector ersetzt wird.

Wie nennt man diese?

LG
old.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Toni R. schrieb:
> Passive senken den Pegel. Das will
> ich nicht.

Die Verluste im Trafo sind vernachlässigbar. Es kommt auf die richtige 
Anpassung auf die Impedanzen an, dann ist ein Audioübertrager gut 
geeignet.

von THOR (Gast)


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OXI T. schrieb:
> Toni R. schrieb:
>> Natürlich werden die
>> beiden Tr. im Differenzverstärker gematched!
>
> https://www.mikrocontroller.net/attachment/317196/...
>
> Speziell im Bereich Audio findet man häufig
> eine Schaltung bei der Q2 durch eine Brücke
> zwischen Emitter und Collector ersetzt wird.
>
> Wie nennt man diese?
>
> LG
> old.

Verstärker mit invertierendem und nichtinvertierendem Ausgang? Praktisch 
wenn man bei einer BTL Ausgangsstufe beide Signale braucht.

von oldeurope O. (Gast)


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THOR schrieb:
>> Speziell im Bereich Audio findet man häufig
>> eine Schaltung bei der Q2 durch eine Brücke
>> zwischen Emitter und Collector ersetzt wird.
>>
>> Wie nennt man diese?
>>
>> LG
>> old.
>
> Verstärker mit

split load, cathodyne, concertina, Katodyn.

Toni R. schrieb:
> Hat jemand eine Idee, wie ich die Verstärkung
> einigermaßen runter geregelt kriege, damit ich auch mit sagen wir 1.5Vpp
> rein gehen kann? ... Im
> Prinzip reicht es mir, wenn die Spannungsverstärkung etwas größer als 1
> ist.

Und das ist eigentlich auch die Schaltung die Du suchst.

LG
old.

von Toni R. (tonirazz)


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> Wird zeit, dass Du die asc postest!

Hier bitteschön! ;)

von oldeurope O. (Gast)


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Toni R. schrieb:
> Hier bitteschön!

Danke.
Ist zwar nicht die eingangs gezeigte,
aber auch die kann nicht floaten wie
eine Übertragerwicklung.

Toni R. schrieb:
> kann ich das Signal
> zwischen ihnen ohne Massebezug abnehmen.

Und den Gleichanteil willst Du nicht mit
Kondensatoren los werden?

LG
old.

von Toni R. (tonirazz)


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> Danke.
> Ist zwar nicht die eingangs gezeigte,
Ich habe noch ein paar Sachen optimiert bzw. realitätsnäher dargestellt 
(die Quelle bspw.).

> aber auch die kann nicht floaten wie
> eine Übertragerwicklung.
Dass das keine galvanische Trennung ist, ist mir völlig klar! Ich nehme 
einen endlich großen Widerstand erstmal in Kauf. Fürs Erste bin ich mit 
einer wahrnehmbaren Unterdrückung schon zufrieden. Vielleicht kommt in 
Version 2 noch ein kleiner Übertrager an den Ausgang.


> Und den Gleichanteil willst Du nicht mit
> Kondensatoren los werden?
Braucht man das hier? Ich versuche den DC-Teil wegzukompensieren, also 
so, dass der Offset an Out+ genau dem an Out- entspricht (ausprobieren). 
Gelingt das nicht, kommen da ordentliche 10µF hin. Aber wäre schön, wenn 
es ohne gänge...


Mir ist das völlig klar, dass das nur ein DIY-Projekt ist, in dem keine 
100 Jahre Erfahrung und viele kluge Köpfe stecken. Sondern nur ein paar 
Jahre ET-Studium, ein paar Stunden Spice-Spielerei und ein zumindest 
nicht ganz blöder Kopf. ;)

von oldeurope O. (Gast)


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Toni R. schrieb:
> Vielleicht kommt in
> Version 2 noch ein kleiner Übertrager an den Ausgang.

Na dann hat sich die Schaltung selbst erledigt.

Toni R. schrieb:
> Braucht man das hier?

Dein Audioausgang hängt immerhin auf 2V8 gegen GND.

Toni R. schrieb:
> Aber wäre schön, wenn
> es ohne gänge...

Dann fährst Du tatsächlich mit der opamp Lösung am sichersten.


LG
old.

von ArnoR (Gast)


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Toni R. schrieb:
>> Ist zwar nicht die eingangs gezeigte,
> Ich habe noch ein paar Sachen optimiert bzw. realitätsnäher dargestellt

Die Belastung des hochohmigen 12V-Teilers R9/10 mit den Basisströmen von 
Q1/Q2 hat das Massepotential um 1V verschoben.

Außerdem ist die Signalabnahme durch die npn-Emitterfolger an den 
Kollektoren des Diff keine so gute Idee. Das Ausgangssignal von Q1 oder 
Q2 ist deren Kollektorstrom, also die Spannung über den 
Kollektorwiderständen R1/R2, aber nicht die Spannung am Kollektor gegen 
-Vcc oder Masse. Deine npn-Emitterfolger sehen aber die Spannung 
zwischen Kollektor Q1 oder Q2 und negativer Versorgung und machen daraus 
das Ausgangssignal der Schaltung.
Die Versorgung (und der Dreck darauf) geht also voll in das Signal ein. 
Vermutlich willst du das nicht. Dann musst du das Signal ausschließlich 
über den Kollektorwiderständen abnehmen. Also mit pnp-Emitterfolgern. 
Dann geht die Versorgung nicht mehr ins Signal ein.

von oldeurope O. (Gast)


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ArnoR schrieb:
> 12V-Teilers R9/10

Ja, der Ub/2 Gen. ist ungeeignet.
Hattest Du da nich mal einen diskreten im Forum vorgestellt?
Diamond Struktur?

Dem Rest kann ich nicht folgen.
Ich sehe bezüglich des PSRR da jatzt keinen Vorteil
bei Verwendung von pnp-Emitterfolgern.

LG
old.

von ArnoR (Gast)


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MAKE TUBES G. schrieb:
> Hattest Du da nich mal einen diskreten im Forum vorgestellt?

Beitrag "Re: 3 Kanal Kopfhörerverstärker mit OPA2134 verzerrt"

MAKE TUBES G. schrieb:
> Dem Rest kann ich nicht folgen.
> Ich sehe bezüglich des PSRR da jatzt keinen Vorteil
> bei Verwendung von pnp-Emitterfolgern.

Wenn man nur Emitterfolger nimmt, ist der Unterschied zwischen npn und 
pnp nicht so groß (aber auch da ist die pnp-Version besser), weil das 
Ausgangspotential am Emitter ja im Wesentlichen der Basis folgt. Aber 
bei der npn-Schaltung wird der Emitterstrom zusätzlich zum Signal noch 
durch die Versorgung moduliert, was bei der pnp-Version nicht erfolgt 
(Early-Effekt mal außer Acht gelassen). Besonders deutlich wird die 
Sache, wenn die 2.Stufe verstärkt (Emitterschaltungen).

von oldeurope O. (Gast)


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ArnoR schrieb:
> Wenn man nur Emitterfolger nimmt

Ah jetzt ja.

LG
old.

von Toni R. (tonirazz)


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Ausgangstreiber:
Wenn ich pnp-Emitterfolger benutze (das wären dann BC557 ?), dreht sich 
die Beschaltung doch nur um, oder? d.h. R5 bzw. R6 gegen +Vcc und 
Kollektoren gegen -Vcc. Ich verstehe, dass das Gesurre vom Netzteil mit 
drauf ist, aber warum wird das durch pnp's besser? Dann hab ich doch den 
gleichen Ärger von der -Vcc Leitung wie mit npn von +...

Referenzpunkt:
Mein Plan war ein fertiger Boost Converter von USB (5V) auf 12V. Dann 
einen Referenzpunkt in der Mitte als 'falsche Masse' zu verwenden. 
Dieser wird ja höchstens durch Q2 mit ein paar µA belastet. Also kann 
ich den entsprechenden Spannungsteiler recht hochohmig machen. Nein ich 
MUSS sogar, weil genau der einen AC- Pfad vom Ausgang über R5 bzw. R6 
nach 'Masse' bildet und meine Entkopplung aushebelt.
Was ist genau falsch an dieser Überlegung, und wie geht es besser?
An einen eigenen Schaltwandler wage ich mich nun doch noch nicht... :D


EDIT:
Ich habe das mal eben mit pnp's als Ausgangstreiber simuliert. Das 
klappt nur, wenn ich kleinere Widerstände wähle. Damit steigt dann 
wieder die Verlustleistung. Und ich will mich nicht so sehr auf die 
Kraft des DC-Wandlers verlassen...

: Bearbeitet durch User
von Toni R. (tonirazz)


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EDIT 2:
Ich habe spaßenshalber mal ein paar Noise-Tests angestellt. Dazu habe 
ich einen 0,5Vpp 10kHz - Sinus auf die DC- Quelle gegeben. Außerdem habe 
ich alle Massen verbunden, und zwischen dieser Leitung und GND eine 
weitere AC-Quelle mit gleichen Daten gepackt (natürlich nicht 
gleichzeitig).
Was sehe ich davon an der Last?? Schlimmstenfalls ein paar nV.

Ich bleibe gespannt was die Schaltung auf dem Brotbrett taugt! 
Transistoren sind leider noch unterwegs... :(

von ArnoR (Gast)


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Toni R. schrieb:
> Dann hab ich doch den
> gleichen Ärger von der -Vcc Leitung wie mit npn von +...

Das wären dann die Störungen, die durch den Early-Effekt durchkommen, 
die sind hier nicht gemeint.
Ein Transistor wird vor allem zwischen Basis und Emitter gesteuert. Und 
in deiner Schaltung (mit npn) liegt die Basis am Kollektor des Diff und 
der Emitter über Re an der Versorgung -Vcc. Alle Wechselspannungen 
zwischen den beiden Punkten modulieren den Kollektorstrom.
Bei der pnp-Version liegt die Basis auch am Kollektor des Diff, der 
Emitter aber am anderen Ende des Kollektorwiderstandes des Diff, der 
Transistor sieht daher zwischen Basis und Emitter nur das Ausgangssignal 
des Diff, aber keine Versorgung.
Nochmal zu Erinnerung: Das Ausgangssignal des Diff ist der 
Kollektorstrom der Transistoren bzw. die Spannung über dem 
Kollektorwiderstand, aber eben nicht die Spannung nach Masse oder 
-Vcc.

von Toni R. (tonirazz)


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Jetzt verstehe ich! Danke, das macht Sinn! also pnp-Ausgänge...
Bleibt noch die Frage mit der künstlichen Masse

Mal so ganz nebenbei, es ist wirklich top, wie einem hier geholfen wird. 
Vielen Dank für die bombastischen Tipps, die ich alle ausprobieren 
will!!

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